DE19642497C1 - Verfahren zur Herstellung einer Eisen-Chrom-Aluminium-Folie und ihre Verwendung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer Eisen-Chrom-Aluminium-Folie und ihre VerwendungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Eisen-Chrom-Aluminium-Folien mit Zusät
zen von Seltenen Erden oder anderen reaktiven Metallen, welche
sich insbesondere für die Herstellung von Trägern für Abgaska
talysatoren eignen, die bei hohen Temperaturen arbeiten.
Nach dem bekannten Stand der Technik werden Eisen-Chrom-Alumi
nium-Legierungen für die Herstellung von Folien verwendet, wel
che zu Formkörpern verarbeitet werden, die als Träger für bei
spielsweise Kraftfahrzeug-Abgas-Katalysatoren Verwendung fin
den. So beschreibt beispielsweise US-Patent 4,414,023 einen
Stahl mit 0,8-0,25% Cr, 3,0-8,0% Al, 0,002-0,06% SE,
max. 4,0% Si, 0,06-1,0% Mn, 0,035-0,07% Ti,
0,035-0,07% Zr, einschließlich unvermeidbarer Verunreinigungen, und
die europäische Patentanmeldung 0 387 670 A1 eine Legierung mit
20-25% Cr, 5-8% Al, max. 0,01% P, max. 0,01% Mg, max.
0,5% Mn, max. 0,005% S, Rest Fe, einschließlich unvermeidba
rer Verunreinigungen, max. 0,03% Y, 0,004% N, 0,02-0,04%
C, 0,035-0,07% Ti und 0,035-0,07% Zr. Beide Patente gehen
von traditionellen Herstellungsverfahren, dem konventionellen
Gießen der Legierung und dem anschließenden Warm- und Kaltver
formen aus. Hier muß allerdings der Nachteil in Kauf genommen
werden, daß Eisen-Chrom-Aluminium-Legierungen durch konventio
nelle Walz- und Glühprozesse schwer herstellbar sind, wie dies
in US-Patent 5,366,139 bereits erwähnt wird.
Bei Aluminiumgehalten von mehr als etwa 6% werden die mit den
konventionellen Walz- und Glühprozessen verbundenen Probleme
sogar so groß, daß ein Verarbeiten dieser Legierung im groß
technischen Maßstab praktisch nicht mehr möglich ist, so daß
derart hochaluminiumhaltige Legierungen im Markt bisher gar
nicht angeboten werden. Aus diesem Grunde gibt das US-Patent
5,366,139 ein Verfahren an, bei dem Folien aus Eisen-Chrom-
Aluminium- Legierungen dadurch hergestellt werden, daß ein ge
eigneter Eisen-Chrom-Stahl durch Walzplattieren mit Aluminium
oder Aluminium-Legierungen von beiden Seiten beschichtet wird.
Dieser Verbund wird ausschließlich kaltgewalzt und schließlich
so diffusionsgeglüht, daß ein homogenes Gefüge entsteht. Nach
teilig bei einem derartigen Herstellverfahren mit beidseitiger
Beschichtung ist es, daß es mit vergleichsweise hohen Kosten
verbunden ist, weil mehrere Komponenten zunächst separat herge
stellt und sodann zu einem Verbund zusammengefügt werden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Verfügung zu stellen, mit dem sich bewährte Legierungen,
wie sie beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung
0 387 670 A1 beschrieben sind, kostengünstiger herstellen las
sen. Darüber hinaus ist der Entwicklung Rechnung zu tragen, daß
die Anforderungen an den Umweltschutz steigen und damit eine
Weiterentwicklung dieser Legierungen für die Verwendung in Ab
gaskatalysatoren erfordern. Gefragt ist einerseits eine verbes
serte Oxidationsbeständigkeit und anderseits für das Vorheizen
der Kaltstartphase ein höherer elektrischer Widerstand, z. B.
bei bestimmten Typen des dem eigentlichen Hauptkatalysator vor
geschalteten Vorkatalysators, welche einen höheren Aluminiumge
halt von rd. 7, besser mehr als 8% in der Legierung erfordern.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, nämlich dadurch, daß 0,5-2,5 mm dickes
Stahlband der Zusammensetzung 16-25% Cr, 0,01-0,1% Selte
ne Erden oder Yttrium, Rest im wesentlichen Eisen einschließ
lich verfahrensbedingter Beimengungen, entweder durch Blockguß,
kostengünstiger aber noch durch Strangguß sowie anschließende
Warm- und Kaltverformung hergestellt wird.
Ging man bisher davon aus, daß derartiges Band beidseitig mit
Aluminium beschichtet werden muß, z. B. mittels Walzplattieren,
wie in US-Patent 5,366,139 beschrieben, so hat sich jetzt über
raschenderweise gezeigt, daß eine einseitig aufgebrachte Alumi
niumschicht völlig ausreichend ist. Damit können dann auch
Plattiergerüste eingesetzt werden, welche nur mit zwei Haspel
vorrichtungen ausgerüstet sind.
Das einseitige Plattieren ist auch in der Herstellung kosten
günstiger, da die Rüstzeiten entsprechend verkürzt werden und
nicht mehr drei, sondern nur noch zwei Bänder zugeführt werden
müssen. Vor allem aber wird sehr teure Walzarbeit gespart, weil
der Beschichtungswerkstoff nur noch für eine Oberfläche benö
tigt wird und zudem in größerer Dicke. Dadurch wird nur noch
etwa ein Drittel der Herstellungskosten der doppelseitig walz
plattierten Bänder für das Walzen der einseitigen Auflage er
forderlich.
Wurde anfänglich befürchtet, daß die Diffusion bei solcherart
hergestellten Verbundwerkstoffen in praktikablen Zeiträumen
nicht vollständig abläuft und daß offenbar deshalb eine Verkür
zung der Diffusionswege durch zweiseitiges Plattieren unerläß
lich sei, so hat sich dies überraschenderweise nicht bestätigt.
Offenbar wird nämlich die Bildung der unterschiedlichen Phasen
im System Eisen-Aluminium im vorliegendem Fall unterdrückt, so
daß die vom Fachmann erwarteten diesbezüglichen Reaktionen gar
nicht durchlaufen werden und das Aluminium im Zuge der Diffu
sionsglühung direkt in den Stahl in Lösung geht. Auf diese Wei
se führen dann Diffusionszeiten von nur einer halben Stunde
Dauer bei 950°C an 50 µm dicker Folie und bei nur einseitiger
Plattierung schon zu einer vollkommen homogenen Aluminiumver
teilung.
Möglich ist es auch, daß andere Beschichtungsverfahren, z. B.
Aufdampftechniken, zum Einsatz kommen, welche für nur einseiti
ge Beschichtungen ausgelegt sind.
Bei der Herstellung metallischer Katalysatorträger geht die
Entwicklung zu einer dünneren Folie hin, einerseits aus ökono
mischen Gründen, anderseits aber auch wegen damit verbundener
technischer Vorteile. So wird beispielsweise das Anspringver
halten der Katalysatoren durch einen schnelleren Druckausgleich
deutlich verbessert. Geht man aber zu dünneren Folien, wie etwa
30 µm, über, so werden die erforderlichen Diffusionszeiten bei
walzplattierten Verbunden immer kürzer, und die Vorteile des
einseitig plattierten Bandes wirken sich verstärkt aus. Die
Vorteile der Erfindung sollen in den folgenden Beispielen näher
erläutert werden:
Der Trägerwerkstoff hatte die Zusammensetzung:
20,55% Cr; 5,19% Al; 0,02% SE;
0,43% Si; 0,16% Ni; 0,25% Mn; Rest Fe.
Er wurde als Block abgegossen, warm zu Brammen und anschließend
zu 3,5 mm dickem Warmband verarbeitet. Durch Kaltwalzen wurde
er anschließend bis auf eine Dicke von 1,6 mm weiterverformt,
weichgeglüht und sodann, wie vorstehend beschrieben, einseitig
mit 0,08 mm dicker Aluminiumfolie durch Walzplattieren be
schichtet. Das beschichtete Band wurde ohne weitere Wärmebe
handlung zu einer 50 µm dünnen Folie gewalzt, welche noch duk
til genug war, daß sie gewellt werden konnte, was für die Her
stellung von Katalysatorträgern wesentlich ist.
Eine Diffusionsglühung im Vakuum bei 950°C führte zu einem ho
mogenen Gefüge und zu mechanischen Eigenschaften, die eine Wei
terverarbeitung gut ermöglichen:
Dieser Werkstoff hat einen elektrischen Widerstand von
1,56 Ωmm²/m im Vergleich zu nur 1,37 Ωmm²/m des nicht plat
tierten Trägerwerkstoffs.
Das Oxidationsverhalten wurde nach einer Auslagerung bei 110°C
untersucht und mit dem des nicht tauchbeschichteten und diffu
sionsgeglühten Trägerwerkstoffs verglichen, wobei eine um etwa
den Faktor 2 bessere Beständigkeit im Sinne einer entsprechend
geringeren Massenänderung bei dem erfindungsgemäßen Material
gefunden wurde.
Der Trägerwerkstoff hatte die Zusammensetzung:
22, 95% Cr; 0,008% Al; 0,07% SE;
0,36% Si; 0,18% Ni; 0,14% Mn; Rest Fe.
Er wurde als Block abgegossen, warm zu Brammen und anschließend
zu 3,5 mm dickem Warmband verarbeitet. Durch Kaltwalzen wurde
er anschließend bis auf eine Dicke von 1,6 mm weiterverformt,
weichgeglüht und sodann, wie vorstehend beschrieben, einseitig
mit 0,08 mm dicker Aluminiumfolie durch Walzplattieren be
schichtet. Der Verbund wurde zu einer 50 µm dünnen Folie ge
walzt. Diese besaß eine ausreichende Duktilität, so daß sie ge
wellt werden konnte.
Durch eine zweistufige Diffusionsglühung bei 900°C und 1000°C
konnte eine über die Banddicke gleichmäßige Aluminiumverteilung
eingestellt werden sowie ein elektrischer Widerstand über
1,6 Ωmm²/m.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung einer Eisen-Chrom-Aluminium-Folie,
ausgehend von einem kaltgewalzten und weichgeglühten
Stahlband als Trägermaterial, wobei das Stahlband aus Eisen mit
Zusätzen von 16 bis 25 Gew.-% Chrom (Cr) und 0,01 bis
0,1 Gew.-% Seltenen Erden oder Yttrium (Y) und Zirkon (Zr) so
wie den üblichen verfahrensbedingten Verunreinigungen besteht,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Stahlband mit einer Dicke von 0,5 bis 2,5 mm durch ein
einseitiges Beschichten mit einer 0,08 bis 0,5 mm dicken Alumi
nium-Beschichtung versehen und anschließend das beschichtete
Band bis zu einer Dicke zwischen 30 und 150 µm kalt ausgewalzt
wird, und daß danach das beschichtete Band einer homogenisie
renden Diffusionsglühung in einem Temperaturbereich von 700 bis
1000°C unterworfen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das einseitige Beschichten durch Walzplattieren erfolgt.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Stahlband 2 bis 6 Gew.-% Aluminium und bis zu 1 Gew.-%
Zirkon enthält.
4. Verwendung einer nach einem der Verfahren nach Anspruch 1
bis 3 hergestellten Eisen-Chrom-Aluminium-Folie als Trägerwerk
stoff für Abgaskatalysatoren.
5. Verwendung einer nach einem der Verfahren nach Anspruch 1
bis 3 hergestellten Eisen-Chrom-Aluminium-Folie als Werkstoff
für Heizleiter mit einem elektrischen Widerstand von mindestens
1,5 Ωmm²/m.
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